光合作用中O?產生和異戊二烯排放及其影響因素

傳統的光合作用研究主要關注凈二氧化碳交換（A_net）。本研究通過同步測量凈氧氣產生（NOP）、異戊二烯排放以及O?中的δ1?O值，結合傳統的CO?/H?O氣體交換和葉綠素熒光技術，全面分析了光合作用的氧化還原預算。研究發現，A_net和NOP在光照和CO?濃度變化下呈線性相關，平均同化商（AQ = A_net/NOP）接近1.0。然而，隨著葉片溫度升高，AQ值下降至0.87±0.28，表明光合作用產生的ATP和NADPH更多地被分配到光呼吸和脂質合成等代謝途徑，而非CO?同化。研究還發現，O?和異戊二烯排放的最佳溫度分別為35℃和39℃，支持了光依賴性脂質合成主要由Calvin-Benson循環未消耗的ATP/NADPH驅動的觀點。

本研究旨在通過同步測量NOP、異戊二烯排放和O?中的δ1?O值，結合傳統的氣體交換和葉綠素熒光技術，全面理解光合作用的氧化還原預算。研究特別關注光照、CO?濃度和溫度對光合作用的影響，揭示水的氧化與電子傳遞速率（ETR）之間的緊密聯系，并探討光依賴性脂質合成在高溫下的作用。

研究使用加州楊樹（Populus trichocarpa）作為模型樹種，結合高精度O?光譜儀（CRDS）、質子轉移反應質譜儀（PTR-MS）和商用葉片氣體交換系統，構建了一個全環境控制的實驗系統。該系統能夠實時測量ETR、A_net、NOP、氣孔導度（g_s）和異戊二烯排放。此外，研究還使用1?O標記的水來測量光合作用總產氧（GOP）的最佳溫度。

實驗系統包括小葉室（6 cm2）和大葉室（36 cm2），分別用于測量光、CO?和溫度響應曲線。小葉室集成了葉綠素熒光測定功能，而大葉室則用于控制葉溫和光合有效輻射（PAR）光譜。氣體分析儀器包括Picarro CRDS和PTR-MS，分別用于測量O?濃度、δ1?O值和異戊二烯排放。通過測量葉片室內外的O?濃度變化（ΔO?），研究者能夠實時計算葉片的NOP通量。

本研究通過同步測量O?產生和異戊二烯排放，揭示了光合作用在不同環境條件下的氧化還原預算變化。研究結果表明，隨著溫度升高，光合作用產生的ATP和NADPH更多地被分配到光呼吸和脂質合成中，而非CO?同化。這一發現支持了光依賴性脂質合成主要由Calvin-Benson循環未消耗的ATP/NADPH驅動的觀點，并為理解植物在高溫環境下的代謝適應機制提供了新的見解。